《建筑钢结构设计原理第2版》 课件 第2章：钢结构材料

2.1钢材的破坏形式2.2钢材的生产2.3钢材的主要性能2.4影响钢材性能的主要因素2.5建筑用钢的种类、规格和选用第二章：钢结构的材料建筑钢结构设计原理钢结构用钢的要求

钢材种类繁多，规格、用途也不相同，对建筑结构用钢来说，主要有三方面的要求。1、较高的强度：结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻；2、较好的塑性及韧性：塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载；3、良好的加工性能与耐久性：包括可焊性、冷弯性能以及耐腐性能建筑钢结构设计原理第二章：钢结构的材料

据上要求,《钢结构设计规范》GB50017-2017推荐承重结构用钢宜采用：Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢、Q460、Q345GJ钢塑性破坏脆性破坏破坏前，较大的塑性变形破坏时，持续时间长破坏后，断口呈纤维状，色泽发暗破坏前，塑性变形很小或没有破坏时，突然迅速断裂破坏后，断口平直，呈有光泽的粒状体2.1钢材的破坏形式建筑钢结构设计原理o

(N/mm2)

f比例极限屈服强度极限强度fyfue流幅abcdlPP2.3.1钢材在单向一次拉伸下的工作性能应力—应变曲线2.3钢材的主要性能建筑钢结构设计原理1.强度强度设计标准值，设计依据；抗拉极限强度fu屈服强度fy钢材的最大承载强度，安全储备。

根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，fy定为钢材拉、压强度标准值。

0fy建筑钢结构设计原理2.3.1钢材在单向一次拉伸下的工作性能钢结构设计中钢材的设计强度为

。强度标准值

fk钢材屈服点

fy强度极限值

fu钢材的强度标准值除以抗力分项系数

fy/rRABCD提交单选题2分2.伸长率：l0l1建筑钢结构设计原理2.3.1钢材在单向一次拉伸下的工作性能弯心直径1.冷弯性能D钢材厚度t冷弯角度a冷弯性能：按规定弯曲，达到弯曲角度时，试件表面不出现裂纹和分层为合格。Da建筑钢结构设计原理2.3.2钢材的其他性能冷弯试验2.冲击韧性冲击韧性ak：衡量钢材抗应力集中和动荷载的能力实验表明：冲击韧性值随温度的降低而降低。建筑钢结构设计原理2.3.2钢材的其他性能冲击试验总结——钢材主要的机械性能2.屈服强度fy1.抗拉极限强度fu3.伸长率：4.冷弯性能：5.冲击韧性：强度塑性韧性单向拉伸实验冷弯实验冲击实验安全储备设计依据建筑钢结构设计原理2.3.2钢材在复杂应力状态下的屈服条件结论三向应力方向相同，数值相近脆性破坏三向应力方向互反，数值相近提前进入塑性平面应力作用时，单向应力作用时，只有剪应力作用时，建筑钢结构设计原理2.4.1化学成份的影响C：基本成份：Fe铁+C碳Si有利元素：MnV等合金元素有害元素：SPNO含量强度塑性、韧性，，，抗锈性、可焊性碳含量不超过0.22%Mn：含量强度塑性、韧性无显著降低，，对焊接不利。弱脱氧剂，建筑钢结构设计原理2.4影响钢材性能的主要因素强脱氧剂，细化晶粒，提高强度对塑性、韧性、可焊性、无显著不良影响Si：钒、铌、钛：细化晶粒，提高强度和韧性，保持良好塑性S、P、N：O：热脆现象冷脆现象H:氢脆现象建筑钢结构设计原理2.4.1化学成份的影响钢中硫和氧的含量超过限量时，会使钢材

。变软热脆冷脆变硬ABCD提交单选题2分

在钢中适当增加（

）元素，可提高钢材的强度和抗锈蚀能力。碳硅磷

硫ABCD提交单选题2分建筑钢结构设计原理2.4.2钢材的焊接性能钢材的焊接性能受到碳含量和合金元素含量的影响碳含量越高焊接性能越差，焊缝及其热影响区容易变脆推荐使用碳当量衡量低合金的焊接性。

钢材焊接性良好

钢材呈现脆硬倾向，控制焊接工艺

需严格控制焊接工艺钢材常温下冷轧、冷弯、冲孔、机械剪切等冷加工使钢材强度提高，塑性韧性降低，称为冷加工硬化钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。设计要求对直接承受动力荷载的钢结构应消去冷加工硬化的影响扩钻刨边或扩钻刨边建筑钢结构设计原理2.4.3钢材的硬化PP同号应力钢材变脆设计要求避免截面突变建筑钢结构设计原理2.4.4应力集中的影响加荷速率越高，缺口试件断裂时吸收的能量越低，变得越脆。因此在钢结构防止低温脆性破坏设计中，应考虑加荷速率的影响。建筑钢结构设计原理2.4.5加载速度的影响不同应变速率下钢材断裂吸收能量随温度的变化正温影响（t>0℃）t<200℃，钢材的性能变化不大t在250℃左右，塑性、韧性下降，破坏常呈脆性破坏状态t>600℃时，钢材的承载力几乎丧失t=（260~320）℃，钢材有徐变现象t>400℃，钢材的强度和E急剧下降隔热防火建筑钢结构设计原理2.4.6温度的影响负温影响（t<0℃）T1—脆性转变温度

随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆T2—全塑性转变温度T0—转变温度脆性破坏塑性破坏建筑钢结构设计原理2.4.6温度的影响钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏。这种现象称为疲劳。2、疲劳的特征1）疲劳破坏具有突然性，破坏前没有宏观塑性变形属于脆性破坏2）端口分为三个区域：裂纹源、裂纹扩展区、断裂区3）疲劳对缺陷十分敏感建筑钢结构设计原理2.4.7循环荷载的影响1、疲劳的定义非焊接结构的疲劳与应力比和循环次数有关应力幅焊接结构的疲劳与幅有关，有应力比无关对焊接部位非对焊接部位建筑钢结构设计原理2.4.7循环荷载的影响3、疲劳的计算00建筑钢结构设计原理2.4.7循环荷载的影响3、疲劳的计算(1)疲劳截止限验算

快速验算疲劳应力比较低时疲劳截止限查表建筑钢结构设计原理2.4.7循环荷载的影响3、疲劳的计算

(2)疲劳强度计算疲劳应力比较大时——板厚或直径修正系数

建筑钢结构设计原理2.4.7循环荷载的影响2.5.1钢材的种类屈服强度屈服强度数值质量等级建筑钢结构设计原理2.5建筑用钢的种类、规格及选择屈服强度数值：195215235255275N/mm2质量等级:A级：fufyδ必要的冷弯性能B级：fufyδ冷弯性能+20℃冲击韧性C级：fufyδ冷弯性能0℃冲击韧性D级：fufyδ冷弯性能-20℃冲击韧性脱氧程度:沸腾钢F镇静钢Z半镇静钢b特殊镇静钢TZ建筑钢结构设计原理2.5.1钢材的种类1.碳素结构钢屈服强度数值：Q355Q420Q460质量等级:A级：fufyδ必要的冷弯性能B级：fufyδ冷弯性能+20℃冲击韧性C级：fufyδ冷弯性能0℃冲击韧性D级：fufyδ冷弯性能-20℃冲击韧性建筑钢结构设计原理2.5.1钢材的种类2.低合金高强度结构钢Q390E级：-40℃冲击韧性1.钢板：—200×10宽度厚度2.热轧型钢：I20a高度根据厚度分类建筑钢结构设计原理2.5.2钢材的规格工字钢：槽钢：[20a高度根据厚度分类角钢：∟200×10肢长厚度H600x160x8x12高度宽度腹板厚度翼缘板厚度H型钢：2.5.2钢材的规格建筑钢结构设计原理钢管：200×10直径(mm)厚度(mm)方钢：2.5.2钢材的规格建筑钢结构设计原理3.冷弯薄壁型钢卷边冷弯C型钢冷弯Z型钢压型钢板高度宽度卷边厚度2.5.2钢材的规格建筑钢结构设计原理结构的重要性连接方法荷载性质（静、动）应力状态工作环境及厚度2.5.3钢材的选用建筑钢结构设计原理1.选钢的原则安全、可靠、经济、合理2.钢材选择的建议结构钢材的选用应遵循：技术可靠、经济合理的原则，综合考虑结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、钢材厚度和价格等因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。《钢结构设计标准》BG50017-2017中规定北方某严寒地区（温度